Рыбы "отрастили" жабры из-за нехватки кислорода

Биологи из Португалии и Канады представили экспериментальные доказательства того, что на первых этапах эволюции жабр их основная функция заключалась в обмене ионами с окружающей средой.

Роль жабр в процессе дыхания рыб очевидна. Классическая теория связывает эволюцию этих органов с постепенным увеличением размеров тела древних водных животных и их переходом к более активному образу жизни: в таких условиях кислорода, поступавшего через кожу, было уже недостаточно (необходимые объемы потребления O₂ растут пропорционально массе, а площадь поверхности кожи увеличивается медленнее — пропорционально массе, взятой в степени 0,67). Развитием и популяризацией теории в сороковых годах прошлого века занимался датский физиолог Август Крог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине.

В последние годы начали появляться факты, свидетельствующие в пользу альтернативного объяснения эволюции органов дыхания. Известно, что рыбы вынуждены постоянно обмениваться ионами с окружающей средой; у личинок этот обмен также совершается через кожу, а древним обитателям океанов, вероятно, приходилось довольствоваться примитивными органами — предшественниками жабр. В период резкой смены уровня минерализации воды при заселении рыбами пресноводных водоемов эффективность ионообмена нужно было повышать, а это означало переход к сложным и крупным жабрам.

Авторы провели серию экспериментов с личинками радужной форели Oncorhynchus mykiss. Целью опытов было определение той из двух функций жабр, которая становится основной на начальном этапе развития рыбы.

Личинки форели помещались в специальную камеру с двумя отделениями для «головы» с жабрами и «хвоста», после чего ученые отдельно замеряли скорость поглощения кислорода и ионов Na⁺ в каждом отделении. Как выяснилось, по показателю интенсивности ионообмена кожа начала уступать органам дыхания примерно через 15 дней после начала наблюдений, а по уровню поглощения кислорода — лишь через 25 дней.

Исследователи называют эти результаты важным косвенным доказательством истинности альтернативной теории, указывая на то, что в своем развитии личинки сталкиваются с теми же «проблемами» (увеличением массы и активности), что и древние рыбы. Коллеги высоко оценивают эту работу, но с выводами не торопятся, ожидая повторения экспериментов с другими водными животными (к примеру, миногами и осетровыми рыбами).